第一章材料的结构和金属的结晶和晶体结构

第一章材料的结构和金属的结晶和 晶体结构
（四）分子键
分子型物质能由气态转变为液态，由液态转变为 固态，这说明分子间存在着相互作用力，这种作用 力称为分子间力或范德华力。范德华力是存在于分 子间的一种吸引力，它比化学键弱得多。
一般来说，某物质的范德华力越大，则它的熔点、 沸点就越高。对于组成和结构相似的物质，范德华 力一般随着相对分子质量的增大而增强。
第一章材料的结构和金属的结晶和 晶体结构
一、原子的结合键及其特性
结合键可分为化学键和物理键两大类。化学键 即主价键，它包括金属键、离子键和共价键；物理 键即次价键，也称范德华力。此外，还有一种称为 氢键，其性质介于化学键和范德华力之间。
（一）金属键
由金属正离子与电 子气之间相互作用所构 成的结合键称为金属键， 如图所示。
晶胞原子数
（二）面心立方晶格（ face-centered cubic -fcc）
晶胞特征：晶胞是一个立方体，每个顶角上均有一 个原子，每个面的中心均有一个原子。
常见金属：-Fe、Au、Ag、Al、Cu、Pb、Ni等。
玻璃材料经熔融、冷却、固化，具有无规则结构的非 晶态无机物，原子排列近似液体，短程有序，形状又 象固体那样保持一定的形状。玻璃相多为无规则网络 的硅酸盐结构，但其排列是无序的，因此整个玻璃相 是一个不存在对称性及周期性的体系。
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四、晶体结构的基本概念
晶格：描述晶体排列规律的空间格架。 晶胞：从晶格中取出一个最能代表原子排列特征
（三）共价键
共价键是由两个或多个电负性相差不大的原子 间通过共用电子对而形成的化学键。 有方向性和饱和性。
性能： 共价键的结合极为牢固，故共价晶体具有结构
稳定、熔点高、强度高、质硬脆等特点。由于束缚 在相邻原子间的“共用电子对”不能自由地运动， 共价键结合形成的材料一般是绝缘体，其导电能力 差。
金刚石、Si、SiC、Si3N4、BN等化合物
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金属键与金属的特性
金属键特性
金属特性
1、加电场，电子定向加速运动 加热场，离子、自由电子热振动
2、自由电子能吸收并辐射大 部分投射到其表面的光能
→良好的导电性
→良好的导热性 →不透明，有
金属光泽
3、金属键合力强 ，键没有方向 性，对原子没有选择性，原子可 不破坏键而移动
第一章 材料的结构和金属的结晶
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
晶体结构和非晶体 晶体缺陷 合金的相结构 合金的组织 金属的结晶与铸锭
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第一节 晶体结构和非晶体
一、原子的结合键及其特性 二、晶体和非晶体概念 三、非晶体结构 四、晶体结构的基本概念 五、金属中常见的三种晶体结构 六、三种典型晶格的致密度及晶面晶向分析 七、单晶体的各向异性与多晶体的伪各向同性
的最基本的几何单元。 晶格常数：晶胞各棱边的尺寸（Å、nm）。
用a、b、c表示。 棱间夹角：各棱边之间的夹角。
用α、β、γ、表示。
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晶格
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五、金属中常见的三种晶体结构
晶体中的晶体结构通常分为7个晶系、14种点阵。 绝大多数金属的晶体结构为体心立方、面心立方 和密排六方三种紧密而简单的结构。
性能： 一般离子晶体中正负离子静电引力较强，结合牢固。
因此，其熔点和硬度均较高，具有高的高温强度和耐 磨性。另外，在离子晶体中很难产生自由运动的电子， 因此，它们多数是良好的绝缘体。但当处在高温熔融 状态时，正负离子在外电场作用下可以自由运动，即 呈现离子导电性。 大多数盐类、碱类和第金一章属材料氧的晶结化体构结和物构金属主的结要晶和以离子键的方式结合。
性 特 有固定的熔点，具有 各向异性。
没有固定的熔点，具 有各向同性。
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三、非晶体结构
非晶体指原子（离子或分子）在空间无规则排列的 固体。 （一）非晶态金属 金属及合金极易结晶，传统的金属材料都以晶态形 式出现。但如将某些金属熔体，以极快的速率急剧冷 却，例如冷却速度大于106K/s，则可得到一种崭新的 材料——非晶态金属，又称金属玻璃。
菱方
布拉菲点阵
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（一）体心立方晶格（ body-centered cubic -bcc）
晶胞特征：晶胞是一个立方体，原子分布在立方体 的八个结点和立方体的中心处。
常见金属：-Fe、Cr、W、Mo、V等
模型
晶胞
体心立方结构 第一章材料的结构和金属的结晶和 晶体结构
4、加热时，正离子振动增强， 电子运动受阻，电阻增加
→较高的强度 →良好的塑性
→有正的电阻 温度系数
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（二）离子键
这种结合的实质是金属原子将自己最外层的价电 子给予非金属原子，使自己成为带正电的正离子，而非 金属原子得到价电子后使自己成为带负电的负离子，这 样，正负离子依靠它们之间的静电引力结合在一起。
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（二）非晶态高分子
高分子是长链结构，按照分子链中的大分子在空间 排列是否规则分为晶态和非晶态。 有规则的堆砌形成规整的晶态排列； 无规则的堆砌形成非晶态。
（a）晶态 （b）部分晶态
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（c）非晶态
（三）非晶态陶瓷（玻璃相）
性能： 由范德华键结合的固体材料熔点低、硬度也很低，因 无自由电子而具有良好的绝缘性。
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（五）氢键
氢键是一种特殊的分子间作用力。它是由氢原子 同时与两个电负性很大而原子半径较小的原子 O、 F、N等相结合而产生的具有比一般次价键大的键 力，又称氢桥。氢键具有饱和性和方向性。氢键的 结合力较范德华键强。
氢键可以存在于分子内或分子间。氢键在高分子 材料中特别重要，纤维素、尼龙和蛋白质等分子有 很强的氢键，并显示出非常特殊的结晶结构和性能。
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二、晶体和非晶体概念
晶体
内部的原子（离子或 义 定 分子）呈有序、有规
则排列的固态物质。
非晶体
内部的原子（离子或 分子）呈无序、无规 则排列的固态物质。